玉米大豆間作模式對(duì)提高作物品質(zhì)及生態(tài)效益的影響

陳美心

（羅定市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)站，廣東 云浮 527200）

農(nóng)作物間作歷史悠久，可以提高土地利用率，增加產(chǎn)量，提高收益。玉米大豆間作基于兩者株高差異形成空間互補(bǔ)，充分利用水、光、熱以及土資源，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收[1]。

大豆根系固氮，為養(yǎng)地作物；玉米喜氮卻無固氮能力，為耗地作物。兩種作物間作可在增加產(chǎn)量的同時(shí)減少化肥與農(nóng)藥的施用量，具有良好的生態(tài)效益。

1 玉米大豆間作概述

玉米大豆間作主要通過大豆田隔溝間作與大豆田橫壟串帶兩種方式實(shí)現(xiàn)[2]。隔溝間作指隔兩壟豆種1 溝玉米，玉米采用一埯多株（如3～5 株）方式。橫壟串帶即大豆田采用橫壟種植，玉米在帶中種植，采用一埯多株（如6～8 株）方式?，F(xiàn)設(shè)玉米、大豆行數(shù)分別為x 與y，通常y≥x，x=1，2，…，6。玉米大豆間作收益以x=2、y=3 或x=2、y=4 收益最高。

玉米大豆間作應(yīng)避免玉米對(duì)大豆過分遮蔽，使大豆充分利用光熱資源，確保兩者間作葉面系數(shù)≥3.0[3]。采用全程機(jī)械化生產(chǎn)方式時(shí)，x=2、y=4 和x=4、y=4 均具有間作優(yōu)勢(shì)，成本較低，產(chǎn)值較高，可提升效益，減少農(nóng)田土壤中CO2和N2O 的排放[4]。鑒于間作模式多種多樣，文章研究了玉米大豆間作模式對(duì)提高作物品質(zhì)及生態(tài)效益的影響。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)分為兩部分，試驗(yàn)1 重點(diǎn)考察玉米大豆間作模式對(duì)玉米品質(zhì)的影響，試驗(yàn)2 重點(diǎn)考察玉米大豆間作模式對(duì)大豆品質(zhì)的影響。試驗(yàn)1 和試驗(yàn)2 相互獨(dú)立，沒有關(guān)聯(lián)性。

試驗(yàn)1 地點(diǎn)在羅定市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心試驗(yàn)場(chǎng)，土壤為紅壤土，土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為16.9 g/kg、70.1 mg/kg、14.3 mg/kg、170.0 mg/kg，土壤pH 值為6.0。玉米大豆間作采用2∶4（x=2，y=4）模式，玉米株行距為30 cm×40 cm，大豆株行距為20 cm×40 cm。作為對(duì)比，單作玉米株行距為30 cm×40 cm。整地時(shí)施入基肥，過磷酸鈣705 kg/hm2、硫酸鉀300 kg/hm2。玉米拔節(jié)期施氮肥25.5 kg/hm2，玉米大喇叭口期施氮肥25.5 kg/hm2。玉米為糯玉米品種，大豆為早熟品種。

試驗(yàn)2 地點(diǎn)在羅定市分界鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站試驗(yàn)場(chǎng)，土壤為紅壤土，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀所占比例分別為3.59%、0.35%、0.29%、2.02%。玉米大豆采用2∶2 間作（x=2，y=2）模式，玉米株行距為20 cm×40 cm，大豆株行距為10 cm×40 cm。作為對(duì)比，單作大豆株行距為10 cm×50 cm。玉米地需施基肥，過磷酸鈣600 kg/hm2、氯化鉀150 kg/hm2，并在苗期、拔節(jié)期與攻苞期施全氮270 kg/hm2。大豆苗期施尿素114 kg/hm2、過磷酸鈣117 kg/hm2、氯化鉀150 kg/hm2，花期施尿素117 kg/hm2、氯化鉀75 kg/hm2。玉米為普通品種，大豆為菜用品種。

2.2 樣品測(cè)定

試驗(yàn)1 單作與間作模式各取120 粒玉米籽粒，采用紅外吸收光譜法測(cè)定淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪和賴氨酸含量。試驗(yàn)2 單作與間作模式在鼓粒期選取100 粒大豆籽粒，采用紅外吸收光譜法測(cè)定粗脂肪、可溶性糖、淀粉和游離氨基酸含量，采用凱式定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量。采集玉米鮮穗和豆莢，剝離出玉米籽粒和大豆籽粒，隨機(jī)抽取120 粒玉米籽粒、100 粒大豆籽粒，烘干后粉碎為粉末，各取適量樣品進(jìn)行測(cè)定。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 24.0 軟件分析數(shù)據(jù)，間作與單作品質(zhì)比較采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果P＜0.05 時(shí)認(rèn)為差異顯著，P＜0.01 時(shí)認(rèn)為差異極顯著。

3 結(jié)果與分析

3.1 玉米大豆間作模式對(duì)玉米品質(zhì)的影響

試驗(yàn)1 的田間結(jié)果：?jiǎn)巫饔衩字械牡矸燮骄繛椋?1.211±0.772）%、蛋白質(zhì)平均含量為（9.762±0.516）%、脂肪平均含量為（4.335±0.091）%、賴氨酸平均含量為（0.231±0.012）%，間作玉米中淀粉平均含量為（73.102±0.142）%、蛋白質(zhì)平均含量為（10.464±0.406）%、脂肪平均含量為（4.491±0.039）%、賴氨酸平均含量為（0.270±0.003）%。

經(jīng)SPSS 24.0 統(tǒng)計(jì)分析可知，間作玉米比單作玉米淀粉平均含量高（t=26.390，P=0.000＜0.01），蛋白質(zhì)平均含量高（t=11.727，P=0.000＜0.01），脂肪平均含量高（t=17.276，P=0.000＜0.01），賴氨酸平均含量高（t=35.739，P=0.000＜0.01），表明玉米大豆間作玉米籽粒品質(zhì)優(yōu)于單作玉米品質(zhì)。

3.2 玉米大豆間作模式對(duì)大豆品質(zhì)的影響

試驗(yàn)2 的田間結(jié)果：?jiǎn)巫鞔蠖沟牡鞍踪|(zhì)平均含量為（37.014±1.090）%、粗脂肪平均含量為（21.798±0.470）%、可溶性糖平均含量為（7.912±0.957）%、淀粉平均含量為（5.398±0.837）%、游離氨基酸平均含量為（1.294±0.392）%，間作大豆的蛋白質(zhì)平均含量為（39.638±1.533）%、粗脂肪平均含量為（21.632±0.730）%、可溶性糖平均含量為（8.793±0.796）%、淀粉平均含量為（4.974±0.640）%、游離氨基酸平均含量為（1.236±0.260）%。

經(jīng)SPSS 24.0 統(tǒng)計(jì)分析，間作大豆比單作大豆蛋白質(zhì)平均含量高（t=13.951，P=0.000＜0.01），可溶性糖平均含量高（t=7.078，P=0.000＜0.01），但淀粉平均含量低（t=-4.020，P=0.000＜0.01），粗脂肪平均含量差異不顯著（t=-1.909，P=0.058＞0.05），游離氨基酸平均含量差異不顯著（t=-1.220，P=0.224＞0.05）。可見，玉米大豆間作能增加蛋白質(zhì)、可溶性糖含量，但淀粉含量有所減少，粗脂肪和游離氨基酸含量無明顯變化。說明玉米大豆間作對(duì)大豆品質(zhì)的影響雖不如玉米突出，但優(yōu)劣相抵，基本可以接受。

4 討論

4.1 玉米大豆間作模式提高玉米品質(zhì)的原因

試驗(yàn)1 結(jié)果表明，玉米大豆間作玉米籽粒的品質(zhì)優(yōu)于單作玉米籽粒品質(zhì)，說明玉米大豆間作能提高玉米籽粒的營養(yǎng)品質(zhì)，主要原因有以下3 點(diǎn)。

一是玉米大豆間作可以使玉米獲得更多的光、熱資源，通風(fēng)狀況較好，有利于田間二氧化碳與氧氣的交換，可提高玉米光合作用效率，促進(jìn)玉米果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)積累。通風(fēng)透光性好能降低高溫?zé)岷Φ炔涣加绊?，降低病蟲害發(fā)生概率，利于改善玉米籽粒營養(yǎng)品質(zhì)。此種情況與單作玉米的邊際效應(yīng)原理一致。大田單作玉米時(shí)，靠邊的玉米普遍穗大、籽粒飽滿，營養(yǎng)成分優(yōu)于大田中間的玉米。

二是大豆根系中的根瘤菌具有固氮作用，能從空氣中吸收和固定氮素，玉米大豆間作時(shí)玉米可以從大豆中獲取氮素。氮素是玉米籽粒營養(yǎng)物質(zhì)累積的重要基礎(chǔ)，玉米與大豆間作獲取的氮素多于單作玉米。

三是玉米大豆間作確保了生物多樣性，根系中微生物種類和數(shù)量較多，根際脲酶活性高，根區(qū)養(yǎng)分分解效率高，有利于提高玉米根系對(duì)氮素的吸收利用效率。因此，間作玉米籽粒中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪和賴氨酸含量比單作玉米高。

4.2 玉米大豆間作模式對(duì)大豆品質(zhì)影響效果小于玉米的原因

試驗(yàn)2 結(jié)果表明，玉米大豆間作對(duì)大豆品質(zhì)的影響小于對(duì)玉米品質(zhì)的影響，雖然大豆中蛋白質(zhì)含量有所增加，但淀粉含量有所減少，粗脂肪和游離氨基酸含量無明顯變化。造成這種結(jié)果的原因主要是玉米與大豆對(duì)養(yǎng)分的吸收存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，玉米對(duì)氮素的競(jìng)爭(zhēng)影響了大豆的代謝活動(dòng)，但大豆具備固氮作用，可弱化此競(jìng)爭(zhēng)。

5 玉米大豆間作模式對(duì)生態(tài)效益的影響

5.1 改善土壤理化性質(zhì)，提高作物養(yǎng)分利用率

長(zhǎng)期單作或連作會(huì)使土壤性狀劣化，土壤有機(jī)質(zhì)減少，養(yǎng)分流失。間作能改善土壤理化性質(zhì)，有利于保持土壤肥力，平衡養(yǎng)分。土壤結(jié)構(gòu)對(duì)土壤透氣性、水分含量、溫度有直接影響，會(huì)影響土壤肥力以及農(nóng)作物根系生長(zhǎng)和養(yǎng)分的吸收。間作模式能改善土壤孔隙度，促使形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)氮、速效氮含量。

玉米是須根系作物，根毛多，根量大；大豆為直根系作物，根系分枝少，深入土壤深層。兩種作物間作有利于形成根系交叉、共生的局面，從而增加根區(qū)微生物種群的數(shù)量和種類，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)根區(qū)養(yǎng)分分解，提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用率。

5.2 優(yōu)化群體空間結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)光熱利用效應(yīng)

間作模式中，不同形態(tài)作物形成復(fù)合空間結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩作物間存在互補(bǔ)效應(yīng)時(shí)，會(huì)促進(jìn)作物充分利用資源。玉米屬于高稈作物，葉片向斜上方伸展；大豆屬于中矮稈作物，葉片向水平方向伸展。兩作物間作可以形成較好的群體空間結(jié)構(gòu)，營造良好的田間通風(fēng)環(huán)境，增加玉米邊際效應(yīng)，促進(jìn)玉米增產(chǎn)增收。在對(duì)光熱利用方面，玉米作為優(yōu)勢(shì)作物雖然會(huì)遮擋部分光線，減少大豆接收的光照，使大豆產(chǎn)量下降，但可通過合理選擇間作模式弱化兩作物之間的競(jìng)爭(zhēng)性，發(fā)揮不同作物間生態(tài)位互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。例如玉米大豆3∶6 間作（x=3，y=6）模式的大豆冠層受光量比2∶2 間作（x=2，y=2）模式高40%，能有效減少玉米對(duì)大豆遮陽的影響[5]。

5.3 抑制病蟲草害傳播，避免農(nóng)藥污染環(huán)境

物種多樣性能增強(qiáng)植物抵御病蟲害的能力。病蟲害發(fā)生與作物養(yǎng)分關(guān)系密切，單作使病蟲害更易獲得所需養(yǎng)分，間作可切斷病蟲害獲得養(yǎng)分的途徑[6]。玉米害蟲以玉米螟為主，大豆害蟲以豆突眼長(zhǎng)蝽居多。玉米大豆間作害蟲種類比單作玉米多，但害蟲總量較少，害蟲天敵種類數(shù)量比單作玉米或單作大豆多，因此玉米大豆間作比單作更有利于采取“以蟲治蟲”策略，減少殺蟲劑用量，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。玉米病害主要有紋枯病、大小斑病，大豆病害主要有根腐病、疫霉病、灰斑病。玉米是單子葉植物，大豆是雙子葉植物，兩者間作對(duì)病害相互免疫，可有效阻斷病原菌傳播途徑，降低病害損失，減少農(nóng)藥施用量。玉米中耕培土要除草，所以玉米田中雜草較少，但大豆田中存在牛筋草、香附子、聚穗莎草、馬唐、狗牙根、硬稃稗、空心蓮子草等，會(huì)與大豆?fàn)帄Z養(yǎng)分。玉米大豆間作雜草類型與單作大豆相似，但數(shù)量減少近1/3?？梢娪衩状蠖归g作模式能抑制病蟲草害傳播，生態(tài)效益顯著。

5.4 提高水肥利用效率，減少溫室氣體排放

水肥是農(nóng)作物生長(zhǎng)必需的要素，直接影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。過量施用化肥會(huì)增加溫室氣體排放量。過量施用氮肥會(huì)增加土壤中N2O 排放量，同時(shí)氮肥制造過程中會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，玉米大豆間作的水分利用率比玉米單作或大豆單作高，原因是間作體系的農(nóng)田水分蒸發(fā)量比單作低。玉米大豆間作能促進(jìn)玉米對(duì)氮素的吸收，對(duì)大豆氮素吸收量的影響較小。大豆具有根瘤固氮功能，可減少氮肥的施用量，促進(jìn)玉米對(duì)氮素的吸收，緩解氮素對(duì)大豆結(jié)瘤固氮的抑制效果，刺激大豆根瘤提高固氮效率。玉米大豆間作可以提高水肥利用效率，減少化肥施用量與溫室氣體排放，從而產(chǎn)生較高的環(huán)境效益和生態(tài)效益。

6 結(jié)論

目前，對(duì)玉米大豆間作的優(yōu)勢(shì)已形成共識(shí)，但相關(guān)研究大多針對(duì)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益方面，較少專注于作物品質(zhì)和生態(tài)效益。作物品質(zhì)與消費(fèi)者喜好關(guān)系密切，生態(tài)效益與人類社會(huì)發(fā)展的可持續(xù)性相關(guān)聯(lián)，在關(guān)注產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，要著力提升作物品質(zhì)和生態(tài)效益。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米大豆間作有利于改善玉米品質(zhì)，但對(duì)大豆品質(zhì)的影響不顯著，說明玉米大豆間作在品質(zhì)改善方面玉米獲益大于大豆。對(duì)生態(tài)效益的研究結(jié)果表明，玉米大豆間作有利于改善土壤理化性質(zhì)，提高作物對(duì)養(yǎng)分的利用效率，優(yōu)化植物群體的空間結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)作物對(duì)光熱的利用效應(yīng)，抑制病蟲草害的傳播，減少農(nóng)藥施用量，減輕環(huán)境污染，提高水肥利用效率，減少溫室氣體排放。